РЕВЕРСИВНЫЙ ИНЕРЦИОННЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВАРИАТОР Российский патент 1996 года по МПК F16H3/74 F16H33/10 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в транспортном машиностроении и станкостроении, в частности, входить в состав приводов дорожных и грузоподъемных машин, экскаваторов, строгальных станков и др.

Известен реверсивный механизм, состоящий из поочередно работающих планетарных передач, содержащий ведущие зубчатые колеса, связанные с блоком колес, несущих сателлиты двух планетарных передач, имеющих общий выходной вал, каждая из планетарных передач снабжена тормозами, обеспечивающими остановку одной из них, что позволяет реверсировать вращение выходного вала (см. С. Н. Кожевников и др. "Механизмы", изд. "Машиностроение", 1976, с. 570-571, рис.9.71).

Недостатком этой передачи является сложность устройства, большие габаритные размеры и связанная с этим масса, резкий, ступенчатый характер изменения направления вращения ведомого вала при реверсировании движения.

Известна также планетарная передача для реверсирования движения, содержащая водило с сателлитами, которые находятся в зацеплении с ведущим центральным колесом, установленном на входном валу, ведомым центральным колесом и тормозами, связанными с водилом и ведомым колесом с возможностью их раздельного торможения с превращением одного из них в ведомое звено (см. там же, с. 575, рис.9.83).

Недостатком указанной передачи является неизменная величина передаточного отношения между входным и выходным валами независимо от нагрузки, резкий, ступенчатый характер изменения направления вращения ведомого вала при реверсировании движения. В механизме не предусмотрена возможность передачи вращения от выходного вала на входной вал с целью торможения рабочей машины с помощью неработающего двигателя.

Целью изобретения является обеспечение плавного реверсирования вращения выходного вала с бесступенчатым автоматическим изменением передаточного отношения между входным и выходным валами в зависимости от нагрузки на выходном валу при вращении этого вала в обоих направлениях, с одновременной простотой устройства, малой массой и возможностью передачи вращения и вращающего момента от выходного вала на входной вал с обеспечением торможения рабочей машины при помощи двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в реверсивном инерционном автоматическом вариаторе, содержащем входной и выходной валы, водило с сателлитами, которые находятся в зацеплении с ведущим центральным колесом, установленном на входном валу, и ведомым колесом, применяется два установленных коаксиально ведомых вала на каждом из которых закреплено ведомое центральное колесо, водило размещено с возможностью свободного вращения вокруг оси вариатора и выполнено в виде радиальных осей, которые несут блоки из двух сателлитов, внутренние из которых, размещенные ближе к оси вариатора, находятся в зацеплении с ведомыми центральными колесами, которые располагаются по обе стороны от радиальных осей водила, обеспечивая вращение ведомых валов в противоположных направлениях, внешние сателлиты находятся в зацеплении с ведущим центральным колесом, блоки сателлитов жестко соединены с соосными им инерционными грузами в виде маховиков, ведомые валы связаны с выходным валом вариатора при помощи механизмов, ведомые валы связаны с выходным валом вариатора при помощи механизма сцепления с возможностью управляемого жесткого соединения порознь каждого из этих валов с выходным валом, при этом все зубчатые колеса вариатора выполнены коническими.

Механизм сцепления выполнен в виде двух параллельных ведущих фрикционных дисков, порознь закрепленных на коаксиально установленных ведомых валах, в пространстве между ведущими фрикционными дисками размещен ведомый двухсторонний фрикционный диск, установленный на выходном валу с возможностью управляемого перемещения в осевом направлении и обеспечения при этом жесткого фрикционного сцепления с одним из ведущих фрикционных дисков.

Водило блоков сателлитов установлено с возможностью свободного вращения на любом из ведомых валов.

Входной вал вариатора и внутренний из коаксиально установленных ведомых валов связаны механизмом свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом валу, а ведомая обойма связана с входным валом, замыкание этого механизма происходит при передаче вращения от ведомого вала на входной вал, что позволяет осуществлять торможение рабочей машины при помощи неработающего двигателя, связанного с входным валом.

На прилагаемом чертеже показано в общем виде устройство реверсивного инерционного автоматического вариатора.

Реверсивный инерционный автоматический вариатор содержит соосные входной вал 1, размещенные коаксиально первый внутренний 2 и второй полый 3 ведомые валы, и выходной вал 4. На любом из ведомых валов, в данном случае на первом внутреннем ведомом валу 2, установлено с возможностью свободного вращения водило, выполненное в виде радиальных осей 5, каждая из которых несет блок из двух сателлитов внутреннего сателлита 6, размещенного ближе к оси О-О вариатора, и внешнего сателлита 7. Сателлиты как и все другие зубчатые колеса вариатора, выполнены коническими. Внутренние сателлиты находятся в зацеплении с ведомыми центральными колесами 8 и 9, которые установлены на соответствующих ведомых валах 2 и 3. Внешние сателлиты 7 находятся в зацеплении с ведущим центральным колесом 10, установленном на входном валу 1. Каждый из блоков сателлитов жестко соединен с соосным ему инерционным грузом в виде маховика 11. Ведомые валы 2 и 3 связаны с выходным валом 4 вариатора при помощи механизма сцепления, который выполнен в виде двух ведущих фрикционных дисков 12, порознь установленных параллельно между собой на каждом из этих ведомых валов. В пространстве между ведущими фрикционными дисками размещен ведомый двухсторонний фрикционный диск 13, установленный на выходном валу 4 с возможностью управляемого перемещения в осевом направлении, что позволяет обеспечить фрикционное сцепление одного из ведущих фрикционных дисков 12 с ведомым двухсторонним фрикционным диском 13.

Первый внутренний ведомый вал 2 и входной вал 1 связывает механизм свободного хода 14, установленный между ведомым колесом 8 и ведущим колесом 10, ведущая обойма этого механизма связана с внутренним ведомым валом 2, а ведомая обойма с выходным валом 1, с обеспечением его замыкания и передачи вращения и вращающего момента от выходного вала 4 на входной вал 1, что обеспечивает возможность торможения рабочей машины при помощи неработающего двигателя, связанного с входным валом.

Реверсивный инерционный автоматический вариатор работает следующим образом.

При вращении входного вала 1 и ведущего центрального колеса 10 вокруг оси О-О вариатора приводятся во вращение блоки сателлитов 6, 7 и связанные с ними маховики 11. При разомкнутом механизме сцепления ведомый двухсторонний фрикционный диск 13 находится в среднем положении между ведущими фрикционными дисками 12, не касаясь их, поэтому ведомые валы 2 и 3 не имеют связи с выходным валом 4, а следовательно не несут никакой нагрузки. При этих условиях вращающиеся внутренние сателлиты приводят во вращение находящиеся с ними в зацеплении ведомые центральные колеса 8, 9 в противоположных направлениях. Для передачи вращательного движения и вращающего момента от входного вала 1 на выходной вал 4 ведомый двухсторонний фрикционный диск 13 перемещают в осевом направлении до упора в тот или иной ведущий фрикционный диск 12 и вводят эти фрикционные диски в зацепление. При этом один из ведомых валов 2 или 3, в данном примере первый внутренний ведомый вал 2, связывается с выходным валом 4 и воспринимает от него нагрузку, которая передается, в данном случае, на ведомое центральное колесо 8. При большой нагрузке или в связи с началом вращения выходного вала 4 из неподвижного положения, ведомое центральное колесо 8 также неподвижно, вследствие чего внутренние сателлиты 6, вращающиеся вокруг оси O₁-O₁ водила под воздействием ведущего центрального колеса 10 и внешних сателлитов 7, обкатываются по неподвижному ведомому центральному колесу 8 и приводят водило 5 вместе с блоками сателлитов 6, 7 и маховиками 11 во вращение вокруг оси О-О вариатора. При этом сателлиты и маховики совершают вращение одновременно вокруг двух осей оси О-О вариатора и оси O₁-O₁ водила, что является их вращением вокруг центральной точки O¹ пересечения этих осей. Вращающиеся сателлиты и маховики имеют определенный момент количества движения. Известно, что момент количества движения тела относительно точки является векторной величиной и при этом он проявляется с соблюдением фундаментального физического закона сохранения. В данном случае в связи с вращением сателлитов и маховиков одновременно вокруг указанных выше осей, направление их векторов моментов количества движения постоянно принудительно изменяется, что является следствием воздействия на сателлиты и маховики моментов внешних сил со стороны ведомого центрального колеса 8, внутреннего ведомого вала 2 и связанного с ним механизмом сцепления выходного вала 4. Согласно закону классической механики о равенства и противоположной направленности действия и противодействия тел, при этом ведомое центральное колесо 8 и ведомый 2 вал воспринимают вращающие моменты со стороны блоков сателлитов и маховиков и передают их на кинематически связанный с ними выходной вал 4. Величина передаваемого на выходной вал 4 суммарного вращающего момента зависит от интенсивности изменения направления векторов моментов количества движения блоков сателлитов и маховиков, т.е. от разности частот вращения входного и выходного валов. При этом в связи с возможностью свободного вращения водила 5 вокруг оси О-О вариатора ведомое центральное колесо 8, ведомый 2 и выходной 4 валы могут вращаться с переменной частотой при постоянной частоте вращения входного вала 1 и эта частота вращения выходного вала 4 зависит от нагрузки на указанном валу.

Передачу вращающего момента от входного вала 1 можно также объяснить действием гироскопических сил, которые стремятся сохранить положение осей 5 водила и обеспечивают при этом силовое взаимодействие ведущего центрального колеса 10 с ведомыми центральными колесами 8 и 9 при посредстве блоков сателлитов 6, 7.

Реверсирование вращения выходного вала 4 осуществляется путем перемещения ведомого двухстороннего фрикционного диска 13 в осевом направлении со сцеплением его с другим ведущим фрикционным диском 12, установленном на полом ведомом валу 3. В связи с вращением коаксиально установленных ведомых валов 2 и 3 в противоположных направлениях, направление вращения выходного вала 4 определяется сцеплением ведомого фрикционного диска 13 с тем или иным из ведомых фрикционных дисков 12. При этом, в обоих случаях вариатор работает указанным выше порядком, с тем лишь отличием, что вращающий момент от блоков сателлитов 6, 7 и маховиков 11 передается на выходной вал или через ведомое колесо 8 и внутренний ведомый вал 2, или через ведомое колесо 9 и полый ведомый вал 3 и направление вращения и передаваемого вращающего момента в каждом из приведенных случаев будет противоположно друг другу.

В том случае, когда поток мощности направлен от выходного вала 4 к входному валу 1, например, при движении транспортной машины по инерции или под уклон, и возникает необходимость торможения машины, работа двигателя прекращается, а выходной вал 4 при помощи механизма сцепления жестко соединяется с ведущим фрикционным диском 12, установленном на внутреннем ведомом валу 2. При этом, в связи с передачей мощности и вращения от выходного вала 4 на внутренний ведомый вал 2 происходит замыкание механизма свободного хода 14 и вращательное движение передается от выходного вала 4 на входной вал 1, что обеспечивает торможение рабочей машины при помощи неработающего двигателя. Таким же порядком вариатор работает при буксировке рабочей машины с целью запуска двигателя.

Торможение рабочей машины можно также осуществлять путем реверсирования вращения и передачи вращающего момента от работающего двигателя на выходной вал указанным выше порядком.

Приведенное выше описание работы вариатора обеспечивает достижение поставленной изобретением цели по реверсированию вращения выходного вала с плавным автоматическим изменением частоты вращения и величины вращающего момента в обоих направлениях в зависимости от нагрузки на выходном валу, а также по обеспечению передачи вращения и вращающего момента от выходного вала на входной вал с целью торможения рабочей машины с использованием неработающего двигателя. Повышение нагрузочной способности обеспечивается за счет применения инерционных грузов в виде маховиков, имеющих большую удельную массу к общей массе вариатора, обеспечивающих получение больших по величине моментов количества движения. При этом в качестве маховиков могут использоваться сателлиты, для чего их выполняют массивными.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: реверсивный инерционный автоматический вариатор содержит входной, выходной валы и два коаксиально установленных ведомых вала, центральные ведомые колеса, водило в виде радиальных осей, несущий блоки из двух сателлитов, жестко соединенных с маховиками и механизм сцепления. Реверсирование осуществляется путем сцепления одного из ведомых валов посредством механизма сцепления с выходным валом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Реверсивный инерционный автоматический вариатор, содержащий входной и выходной валы, водило с сателлитами, которые введены в зацепление с ведущим центральным колесом, установленным на входном валу, и ведомым колесом, отличающийся тем, что он снабжен установленным коаксиально с первым вторым ведомым валом, на каждом из ведомых валов закреплено ведомое центральное колесо, водило размещено с возможностью свободного вращения вокруг оси вариатора и выполнено в виде радиальных осей, которые несут блоки из двух сателлитов, внутренние из которых, размещенные ближе к оси вариатора, введены в зацепление с ведомыми центральными колесами, которые расположены по обе стороны от радиальных осей водила, обеспечивая вращение ведомых валов в противоположных направлениях, внешние сателлиты введены в зацепление с ведущим центральным колесом, блоки сателлитов жестко соединены с соосными с ними инерционными грузами в виде маховиков, ведомые валы связаны с выходным валом вариатора при помощи механизма сцепления с возможностью управляемого жесткого соединения порознь каждого из этих валов с выходным валом, при этом все зубчатые колеса вариатора выполнены коническими. 2. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что механизм сцепления выполнен в виде двух параллельных ведущих фрикционных дисков, порознь закрепленных на коаксиально установленных ведомых валах, в пространстве между ведущими фрикционными дисками размещен ведомый двусторонний фрикционный диск, установленный на выходном валу с возможностью управляемого перемещения в осевом направлении и обеспечения при этом фрикционного сцепления с одним из ведущих фрикционных дисков. 3. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что водило блоков сателлитов установлено с возможностью свободного вращения на любом из ведомых валов. 4. Вариатор по п. 1, отличающийся тем, что входной вал вариатора и внутренний из коаксиально установленных ведомых валов связаны механизмом свободного хода, ведущая обойма которого установлена на ведомом валу, а ведомая обойма связана с входным валом с возможностью замыкания этого механизма при передаче вращения от ведомого вала на входной вал и торможения при этом рабочей машины при помощи двигателя.